Forschungsbereich Erde und Umwelt

Die Erd- und Umweltforschung untersucht die grundlegenden Funktionen des Systems Erde und die Wechselwirkungen zwischen Gesellschaft und Natur und schafft damit eine solide Wissensbasis, um die menschlichen Lebensgrundlagen langfristig zu sichern.

Einblicke in den Forschungsbereich Erde und Umwelt

Hier stellen wir Ihnen aktuelle Forschungsprojekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Helmholtz-Zentren vor.

Zwei Grad Celsius mehr gefährden den Westantarktischen Eisschild

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Die Antarktis und Grönland sind von Eisschilden bedeckt, die zusammen mehr als zwei Drittel des Süßwassers der Erde speichern. Mit steigenden Temperaturen schmelzen die Eismassen, der globale Meeresspiegel steigt und bedroht Küstenregionen. Schon heute trägt die Antarktis 0,4 Millimeter zum jährlichen Meeresspiegelanstieg bei. Der aktuelle Weltklimabericht macht jedoch deutlich, dass die Entwicklung der Eismassen in der Antarktis noch nicht ausreichend verstanden ist. Daher haben Klimamodellierer des Alfred-Wegener-Instituts die Veränderungen des antarktischen Eisschildes analysiert und ihre Erkenntnisse auf Zukunftsprojektionen angewendet.

„Sowohl für die letzte Warmzeit vor etwa 125.000 Jahren als auch für die Zukunft identifizieren wir in unserer Studie kritische Temperaturlimits im Südlichen Ozean: Steigt die Ozean-temperatur um mehr als zwei Grad Celsius im Vergleich zu heute, wird der Westantarktische Eisschild verloren gehen. Dies führt dann zu einem drastisch erhöhten Beitrag der Antarktis zum Meeresspiegelanstieg von etwa drei bis fünf Metern“, erklärt AWI-Klimawissenschaftler Johannes Sutter. 

Dieser Anstieg tritt ein, wenn die Klimaerwärmung weitergeht wie bisher. „Bei einem „business-as-usual“-Szenario der globalen Erwärmung könnten diese westantarktischen Eismassen innerhalb der nächsten 1.000 Jahre komplett verschwinden“, sagt Johannes Sutter. Den Modellrechnungen zufolge würden die Eismassen in zwei Schüben schrumpfen. Ein erster Schub würde zum Rückzug des Schelfeises führen. Das sind die Eismassen im Küstenbereich der Antarktis. Bei Verlust der Schelfeise würde sich das Fließtempo der dahinter liegenden Eismassen des Inlandeises beschleunigen, der Eiseintrag in den Ozean nähme zu. Infolgedessen zögen sich die Gletscher weiter zurück und erreichten erst dann einen stabilen Zwischenzustand, wenn ein Bergrücken unter dem Eis dessen Rückzug verlangsamen würde.

Nähme die Ozeantemperatur weiter zu oder erreichte die Gründungslinie des Eises einen landeinwärts steil abfallenden Untergrund, zögen sich die Gletscher auch nach Erreichen des ersten stabilen Zwischenzustands weiter zurück. Dies führte letztlich zu einem kompletten Kollaps des West-antarktischen Eisschildes. „In den Rekonstruktionen zum Meeresspiegelanstieg der letzten Warmzeit findet man ebenfalls zwei Maxima. Das Verhalten der Westantarktis in unserem neu entwickelten Modell könnte genau die Erklärung dafür sein“, sagt Johannes Sutter. 

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AERO-TRAM schließt Messungen ab

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Rund 200.000 Kilometer hat die AERO-TRAM seit 2009 zurückgelegt. Bei 6228 Messfahrten im Karlsruher Straßenbahnnetz hat die mit einem Instrumentenpaket ausgestattete Stadtbahn Daten zur Schadstoffkonzentration gesammelt. Nun endete das Projekt von Klimaforschern des Karlsruher Instituts für Technologie in Kooperation mit den Karlsruher Verkehrsbetrieben. Eines der zahlreichen Ergebnisse: Beim Übergang von der Karlsruher Innenstadt ins Umland nimmt die Stickoxid-Konzentration um rund 70 Prozent ab. Das Messsystem ist so konzipiert, dass es auch auf andere Ballungsgebiete übertragbar ist.

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Lebensgemeinschaften in der Tiefsee

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

An heißen Quellen in der Tiefsee bilden sich hochspezialisierte Lebensgemeinschaften. Diese Ökosysteme liegen oft hunderte Kilometer voneinander entfernt. Noch immer ist unklar, wie Larven der dort lebenden Tierarten von einem Standort zum nächsten gelangen. Ein international und interdisziplinär zusammengesetztes Forschungsteam unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel konnte mit Hilfe von Computermodellen und genetischen Analysen an Muscheln nachweisen, dass es bisher nicht entdeckte Zwischenstationen für die Larven in der Tiefsee geben muss.

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Pflanzen binden Stickstoffmonoxid

Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Stickoxide entstehen unter anderem bei Verbrennungsprozessen und reizen beim Menschen die Schleimhäute in den Atmungsorganen und den Augen. Forscher des Helmholtz Zentrums München haben erstmals herausgefunden, dass Pflanzen Stickstoffmonoxid direkt aus der Luft aufnehmen und in ihren Stoffwechsel einbinden können. Dadurch tragen sie in Städten mit hohen Stickstoffkonzentrationen mehr als bisher bekannt zur Verbesserung der Luftqualität bei.

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Uralter Kontinent unter der Tropeninsel Mauritius

Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Mit rund 9 Millionen Jahren ist die Vulkaninsel Mauritius geologisch gesehen recht jung. Doch birgt ihr Gestein winzige Körnchen eines uralten Kontinents, der vor rund 90 Millionen Jahren Madagaskar und Indien verband. Ein Forscherteam um Trond H. Torsvik bestätigte eine frühere Vermutung durch die Analyse von Zirkonen. Das sind winzige Halbedelsteinkörnchen, die aus vulkanischem Trachyt extrahiert wurden. Die Proben wurden im SIMS-Labor des Deutschen GeoForschungs- Zentrums analysiert. SIMS steht für Sekundär-Ionen-Massenspektrometer. Die Studie gibt ein Alter von mehr als 2 Milliarden Jahren für die Zirkone an. 

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Fluss-Experiment: Vom Labor ins Freiland

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ

In natürlichen Gemeinschaften wirken Schadstoffe oft bei weit niedrigeren Konzentrationen als im Labor. Deshalb werden am UFZ die Effekte von Umweltchemikalien in verschiedenen Testsystemen mit zunehmender Komplexität untersucht – auf Zellen und Individuen, in Nanokosmen mit ein bis zwei Arten sowie in Mikro- und Mesokosmen mit komplexen Lebensgemeinschaften. Ein solcher Mesokosmos ist das Leipziger Fluss-Experiment. Es bietet die Möglichkeit, Chemikalien-Effekte zu quantifizieren und Modelle zur Risikobewertung zu validieren. 

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Expedition Uhrwerk Ozean

Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG) 

Kleine Meereswirbel spielen eine wichtige Rolle für den Energietransport und das Algenwachstum im Meer. Computermodelle können die Wirbel erst seit kurzem darstellen. Detaillierte Beobachtungen gibt es erst seit wenigen Jahren. Das HZG führte gemeinsam mit fünf weiteren Institutionen die „Expedition Uhrwerk Ozean“ in der Ostsee durch. Sie hatte das Ziel, die noch weitgehend unbekannten und sehr kurzlebigen Wirbel aufzuspüren. Neben Flugzeugen und Schiffen wurde erstmals in der Küsten- und Meeresforschung ein Zeppelin eingesetzt. Dieser ermöglichte es, Wirbel von der Entstehung bis zum Zerfall mit bislang unerreichter Auflösung zu vermessen.

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Kontakt

 

"Taking the pulse of the planet" 

Broschüre des Helmholtz Earth Observatory Network (Januar 2013)

 

Integrierte Forschung zur Lösung globaler Wasserprobleme

Broschüre des Helmholtz Wasser Netzwerks